Мікропроцесорна система вимірювання рівня рідини (стр. 3 из 3)

Існує багато конструктивних різновидів ємнісних рівнемірів, основні відмінності яких визначаються ступенем електропровідності досліджуваної речовини. У рівнемірах для електропровідних рідин один з електродів покривають ізоляційним матеріалом, для неелектропровідних електроди не ізолюються. Нагадаємо, що електропровідними вважають рідини з питомим електричним опором р<10 Ом м та діелектричною проникністю є<1.

Як у рівнемірах для електропровідних, так і для неелектропровідних рідин електроди перетворювачів можуть бути виконані у вигляді стержнів, плоских пластин чи циліндрів. Другим електродом може бути металева стінка посудини з досліджуваною речовиною.

Найпростішою та найпоширенішою є конструкція коаксіатьного перетворювача (рисунок 1.2.1, а). Перетворювач складається з внутрішнього 1 та зовнішнього 2 циліндричних електродів, взаємне розміщення яких зафіксоване прохідними ізоляторами 3. Він міститься в резервуарі 4 з досліджуваною рідиною. Якщо резервуар рідиною не заповнений, то ємність між електродами перетворювача

(1.2.1)

де

- повна довжина електродів; , та - радіус внутрішнього електрода та відстань між електродами; Co - ємність, зумовлена прохідними ізоляторами та з'єднувальними дротами від електродів до вторинної вимірювальної апаратури.

Рисунок 1.2.1. Ємнісні перетворювачі рівня рідини

Після заповнення резервуара до рівня Н ємність зміниться до значення

(1.2.2).

Наведений вираз є спрощеною функцією перетворення ємнісного перетворювача неелектропровідної рідини. Еквівалентна ємність такого перетворювача є сумою трьох з'єднаних паралельно ємностей. Якщо діелектричну проникність досліджуваного середовища можна вважати сталою, інформативною є лише третя складова еквівалентної ємності. Оскільки перші дві складові є неінформативними, то для збільшення чутливості ємнісного перетворювача повинна бути передбачена їх схемна компенсація.

Необхідно також відзначити, що в реальних умовах

може змінюватись, наприклад, внаслідок зміни температури досліджуваної рідини, її хімічного складу тощо. Для зменшення впливу на результат вимірювання зміни конструкцію ускладнюють додатковим компенсаційним конденсатором, розміщеним в нижній частині основного перетворювального елемента, зображеного на рисунку 1.3.1, б. Тут І та 2 - електроди робочого перетворювача, ємність якого залежить як від рівня досліджуваної рідини, так і від її діелектричної проникності, 3 - додатковий (компенсаційний) конденсатор, котрий постійно знаходиться в досліджуваній рідині, а його ємність залежить лише від . Під час ввімкнення у вимірювальне коло ємність компенсаційного конденсатора може використовуватись для корекції вихідного сигналу рівнеміра при зміні .

Оскільки простір над досліджуваною рідиною завжди буде забруднений парами досліджуваної речовини, а його діелектрична проникність буде відрізнятись від є повітря, то для зменшення впливу зміни діелектричної проникності повітря в ємнісних перетворювачах застосовують другий компенсацій ний конденсатор 4, розміщеним над робочим кондекнсатором.

В ємнісних перетворювачах рівня електропровідних рідин один із електродів виконається у вигляді ізольованого стержня, іншим можуть служити металеві стінки резервуара, а для неметалевих резервуарів - неізольований циліндр, що охоплює металевий ізольований стержень.

На рисунку 1.2.2, показаний ємнісний перетворювач рівня рідини, виконаний у вигляді стержня І, покритого шаром ізоляції 2 і поміщеного в металевий резервуар. 3. Еквівалентна ємність такого перетворювача дорівнюватиме

(1.2.3)

Рисунок 1.2.2 Ємнісний перетворювач рівня електропровідних рідин

де

- ємність, обумовлена з'єднувальними дротами від перетворювача до вторинної апаратури; та - відповідно еквівалентні ємності між стержнем 1 та металевим резервуаром 3 в повітрі та рідині.

Складові

та еквівалентних ємностей та відповідно дорівнюють:

(1.2.4)

(1.2.5)

де

- діелектрична проникність ізоляції; - її товщина; - відстань між ізольованим електродом та резервуаром; - радіус внутрішнього електрода без ізоляції; , - радіус внутрішнього електрода з ізоляцією.

Нехтуючи товщиною ізоляції електрода щодо його радіуса

одержимо, що

(1.2.6)

(1.2.7)

Тоді спрощений вираз для еквівалентної ємності перетворювача після відповідних перетворень набере вигляд:

. (1.2.8)

Порівнюючи вирази для функцій перетворення перетворювачів рівнів неелектропровідних та електропровідних рідин, можна констатувати, що вони є подібними і при реалізації останніх виникають аналогічні проблеми, зв'язані зі зміною

та і ці проблеми вирішуються способами, аналогічними описаним вище.

Ємнісні рівнеміри характеризуються порівняно низькою вартістю, простотою, зручністю монтажу в резервуарі. Їх перевагою є можливість їх використання в широкому діапазоні температур. До недоліків належить непридатність для вимірювань рівнів в'язких рідин, рідин, що кристалізуються, випадають в осад. Їх недоліком є також висока чутливість до зміни електричних властивостей досліджуваної рідини, зміни ємності між дротами лінії, що з'єднує перетворювач з вторинною _ппаратурою. Зведена похибка звичайних ємнісних рівнемірів становить 2…..5%.

ВИСНОВКИ

Отже, спираючись на всі подані вище вище матеріали самим оптимальним методом вимірювання є метод, оснований на використанні ємнісних перетворювачів. Такі перетворювачі відносно недорогі, мають широкий діапазон вимірювань і невелику похибку вимірювання, можуть використовуватись в різних середовищах.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Поджаренко В.А., Кухарчук В.В. Метрологические основы компьютерно-измерительной техники. – К.: УМК ВО, 1989. – 216 с.

2. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і комп’ютерно-вимірювальна техніка. – К.: УМК ВО, 1991. – 240 с.

3. Циделко В.Д. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов и систем. – К.: Техніка, 1984. – 244 с.

4. Полішко С.П., Трубенок О.Д. Точність засобів вимірювання. – К.: Вища школа, 1992. – 173с.

5. Циделко В.Д. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов и систем. – К.: Техніка, 1984. – 244 с.

6. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

7. Кузьмин И.В. Оценка эффективности и оптимизации автоматических систем контроля и управления. – М.: Советское радио, 1971.